액추에이터
움직임의 근육

액추에이터 = 숫자를 움직임으로

센서는 입력이다. 빛과 거리와 온도를 숫자로 바꿔 안으로 들인다. 액추에이터는 그 반대다.

액추에이터는 전기 신호를 받아 물리적 운동을 내놓는 부품이다.
모터는 회전을, 서보는 각도를, 솔레노이드는 직선을, 스피커는 진동을 낸다.

로봇 한 대를 뜯어 보면 흐름은 늘 같다.
센서가 읽어 입력하고, 두뇌가 판단해 연산하고, 액추에이터가 움직여 출력한다.
이 마지막 단계가 비면 아무리 똑똑해도 가만히 있는 컴퓨터일 뿐이다.

모터의 종류, DC · 서보 · 스테퍼

전기 모터라고 다 같지 않다. 무엇을 제어하느냐에 따라 세 갈래로 나뉜다.

DC모터는 전압을 걸면 그냥 빠르게 돈다. 속도는 세지만 지금 몇 도인지 스스로 모른다. 바퀴와 팬, 드릴처럼 계속 도는 데 쓴다.

서보모터는 안에 각도 센서와 제어 회로가 들어 있다. “90도로 가” 하면 90도에서 멈추고 버틴다. 위치를 제어한다. 로봇팔 관절이나 조향에 쓴다.

스테퍼모터는 한 펄스에 정해진 각도(예를 들어 1.8도)씩 또각또각 돈다. 펄스 수만 세면 센서 없이도 정확히 몇 도 돌렸는지 안다. 3D프린터나 CNC처럼 정밀하게 이송하는 데 쓴다.

PWM, 디지털로 세기를 조절하다

디지털 핀은 0 아니면 1, HIGH 아니면 LOW뿐이다. 중간 세기는 어떻게 낼까?

답은 PWM(Pulse Width Modulation)이다. 핀을 아주 빠르게 껐다 켰다 반복하되, 켜져 있는 시간의 비율인 듀티비를 바꾼다.

한 주기 중 30%만 켜져 있으면 모터에는 전압의 30%만 걸린 것처럼 평균이 잡힌다. 절반이면 절반 세기다.
DC모터 속도는 이 듀티비로 정하고, 서보 각도는 펄스의 길이로 정한다.

아두이노 analogWrite(pin, 0~255)가 바로 이 듀티비를 거는 명령이다. 숫자 하나가 모터의 세기가 된다.

서보를 직접 돌려 보기

표준 RC 서보는 50Hz(주기 20ms) PWM을 받는다. 한 주기 중 HIGH가 1.0ms면 0도, 2.0ms면 180도다. 그 사이는 비례한다. 1.5ms면 90도 부근이다.

슬라이더로 각도를 주면 펄스 폭과 듀티비가 같이 바뀐다. 각도 명령이 곧 펄스 길이로 번역된다.

이것이 위치 제어다. 속도가 아니라 “어디서 멈출지”를 숫자로 지정하는 일이다.

전류는 커서, 드라이버가 필요하다

여기서 흔히 모터를 태워 먹는다. 핀에 모터를 바로 꽂으면 안 된다.

아두이노나 라즈베리파이 핀이 흘릴 수 있는 전류는 수십 mA로 약하다. 모터는 수백 mA에서 수 A를 먹는다.
바로 연결하면 핀이 못 버티고 보드가 망가진다.

그래서 사이에 모터 드라이버를 끼운다. MCU는 약한 명령인 PWM 신호만 보내고, 드라이버가 별도 전원에서 큰 전류를 끌어와 모터에 흘려준다.
L298N이나 TB6612 같은 칩이 이 역할을 한다. H-브리지 구조라 정회전과 역회전도 만든다.

정리하면 신호선과 전력선은 따로다. 약한 두뇌가 강한 근육을 지시만 하고, 힘은 드라이버가 댄다.